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用浓盐酸和二氧化锰制备氯气是一个经典的化学实验。反应的化学方程式为:二氧化锰加四分子盐酸,生成氯化锰、氯气和水。这是一个氧化还原反应,二氧化锰作为氧化剂,锰元素从正四价降到正二价;浓盐酸既作还原剂又提供酸性环境,氯元素从负一价升到零价,生成氯气分子。
制备氯气需要搭建完整的实验装置。主要器材包括圆底烧瓶作为反应容器,分液漏斗用于控制浓盐酸的滴加速度,导气管连接各部分,洗气瓶用于除去杂质气体,集气瓶收集纯净的氯气。装置的连接顺序很重要:反应产生的气体从烧瓶经导气管进入洗气瓶净化,最后进入集气瓶收集。搭建时要特别注意检查装置的气密性,确保氯气不会泄漏。
制备氯气实验必须严格遵守安全规范。首先,实验必须在通风橱中进行,因为氯气是有毒气体。操作人员必须佩戴防护眼镜、实验服和防护手套,防止浓盐酸腐蚀皮肤。由于反应会放热,需要控制浓盐酸的滴加速度,避免反应过于剧烈。产生的氯气必须进行尾气处理,不能直接排放到空气中。实验前要准备好应急处理措施,如大量清水冲洗等。
实验操作需要按步骤进行。首先检查装置的气密性,确保无泄漏。然后在圆底烧瓶中加入二氧化锰粉末。接下来通过分液漏斗缓慢滴加浓盐酸,控制反应速度。反应开始后会观察到黄绿色的氯气产生,同时有刺激性气味和放热现象。产生的氯气通过导气管进入洗气瓶净化,最后在集气瓶中收集。整个过程要注意尾气处理,防止氯气泄漏到环境中。
氯气制备成功后需要进行检验确认。实验中观察到的黄绿色气体就是氯气的特征颜色,同时伴有强烈的刺激性气味。检验氯气最常用的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸,氯气会氧化碘离子生成碘单质,使试纸变成蓝色。氯气还能使有机色素褪色,这是其强氧化性的体现。用石蕊试纸检验时,会先变红后褪色,说明氯气既有酸性又有漂白性。